Molekylær motorer:Piruettering i søgelyset

Tyske forskere har udviklet en ny klasse af molekylære motorer, der roterer ensrettet med hastigheder på op til 1 kHz, når de udsættes for sollys ved stuetemperatur. Denne unikke kombination af funktioner åbner op for nye applikationer inden for nanoteknologi.

Molekylærmotorer er syntetiske kemiske forbindelser, der kan omdanne eksternt tilført energi til mekanisk bevægelse. Sådanne molekyler, som er specifikt designet til at udføre retningsbestemte bevægelser som reaktion på en specifik stimulus, er en væsentlig forudsætning for konstruktion af nyttige nanomaskiner. Blandt de mest lovende typer af molekylære 'motorblokke' er stoffer, hvis tredimensionelle konformation kan ændres ved udsættelse for lys. "Imidlertid, alle de lysaktiverede molekylære motorer, der er beskrevet indtil videre, bruger UV-lys som strømkilde. Men dette begrænser i høj grad deres potentielle anvendelsesområde, da dets højenergifotoner kan have skadelige virkninger på nanomaskineriet som helhed, " forklarer Dr. Henry Dube, der er ved LMU's Afgang Naturkommunikation kemi. Dube og hans kolleger har nu fundet en vej uden om denne forhindring:De har udviklet en ny klasse af molekylære rotorer, der kan drives af synligt lys - som er mindre energisk end UV-stråling og derfor mindre tilbøjelige til at kompromittere driften af ​​mere komplekse systemer. Forskerne beskriver stoffet og dets egenskaber i et papir offentliggjort i Naturkommunikation .

Grundlaget for den nyudviklede molekylære motor er molekylet hemithioindigo. Hemithioindigo er en fotoswitch, som er lavet af to organiske molekyler, som er forbundet med en carbon dobbeltbinding. Eksponering for lys ændrer strukturen af ​​hemithioindigo, får den til at rotere omkring den centrale dobbeltbinding. I modsætning til de lysaktiverede motorer tidligere beskrevet, rotation af den hemithioindigo-baserede motor kræver det mindre energiske synlige lys - og det roterer ekstremt hurtigt:Forskerne påviste, at molekylet roterer - ensrettet - omkring 1000 gange i sekundet ved stuetemperatur. "Vi var selv overraskede over, at motoren fungerer så godt, for det er kendt, at mange molekylære motorer ikke støt roterer i én retning, men også kredse i den modsatte forstand til en vis grad, " siger Dube. "I betragtning af kompleksiteten involveret i designet af sådanne motormolekyler, det er virkelig forbløffende, at vi fik fuldstændig kontrol over omdrejningsretningen ved første forsøg."

At den nye forbindelse kan drives af synligt lys betyder også, at den er meget mere alsidig end tidligere beskrevne lysdrevne molekylære motorer. "Men vi har en lang vej at gå, før molekylære motorer kan integreres i mere komplekse nanomaskiner for at udføre funktioner, der er mere komplicerede end den rettede roterende bevægelse, vi nu har demonstreret, " Dube påpeger. "Det langsigtede mål på dette område er miniaturisering af arbejdsmaskiner ned til størrelsesområdet for organiske molekyler. Sådanne nanomaskiner ville give hidtil uset præcision i behandlingen eller målrettet modifikation af stof på molekylær skala, åbner op for helt nye muligheder inden for mange forskningsområder, " tilføjer han.